Классификация фильтров по передаточным функциям

Рассмотрим эту классификацию на примере фильтров низкой частоты. На практике широко используются фильтры, отличающиеся характерными особенностями амплитудно-частотных характеристик. Это фильтры Баттерворта, Чебышева, Бесселя (Томсона) (рис. 12.6).

Рис. 12.6. Амплитудно-частотные характеристики фильтров

Фильтры Баттерворта характеризуются наиболее плоской амплитудно-частотной характеристикой в полосе пропускания. Это их достоинство. Но в переходной полосе указанные характеристики спадают плавно, недостаточно резко.

Фильтры Чебышева отличаются резким спадом амплитудно-частотных характеристик в переходной полосе, но в полосе пропускания эти характеристики не являются плоскими.

Фильтры Бесселя характеризуются очень пологим участками амплитудно-частотных характеристик в переходной полосе, еще более пологими, чем у фильтров Баттерворта. Их фазочастотные характеристики достаточно близки к идеальным, соответствующим постоянному времени замедления, поэтому такие фильтры мало искажают форму входного сигнала, содержащего несколько гармоник.

2. Классификация, параметры, характеристики ЦАП, схемы ЦАП, устройство аналогового запоминания и хранения

Цифроаналоговые преобразователи

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) предназначены для преобразования цифровых сигналов в аналоговые. Такое преобразование необходимо, например, при восстановлении аналогового сигнала, предварительно преобразованного в цифровой для передачи на большие расстояния или хранения (таким сигналов, в частности, может быть звук).

К основным параметрам ЦАП относят разрешающую способность , время установления, погрешность нелинейности и др. Разрешающая способность – величина, обратная максимальному числу шагов квантования выходного аналогового сигнала. Время установления t_уст – интервал времени от подачи кода на вход до момента, когда выходной сигнал войдет в заданные пределы, определяемые погрешностью. Погрешность нелинейности – максимальное отклонение графика зависимости выходного напряжения от напряжения, задаваемого цифровым сигналом, по отношению к идеальной прямой во всем диапазоне преобразования.

ЦАП является «связующим звеном» между аналоговой и цифровой электроникой. Существуют различные принципы построения АЦП.

На рис. 18.5 приведена схема ЦАП с суммированием весовых токов. Ключ S5 замкнут только тогда, когда разомкнуты все ключи S1…S4 (при этом u_вых=0). U₀ – опорное напряжение. Каждый резистор во входной цепи соответствует определенному разряду двоичного числа. По существу этот ЦАП – инвертирующий усилитель на основе операционного усилителя. Если замкнут один ключ S1, то , что соответствует единице в первом и нулям в остальных разрядах. Модуль выходного напряжения пропорционален числу, двоичный код которого определяется состоянием ключей S1…S4. Токи ключей S1…S4 суммируются в точке «а» причем токи различных ключей различны (имеют разный «вес»). Это и определяет название схемы.

Рис. 18.5. ЦАП с суммированием токов

На рис. 18.6 приведена схема ЦАП на основе резистивной матрице R – 2R (матрицы постоянного сопротивления.

Рис. 18.6. ЦАП на основе резистивной матрицы

В схеме использованы так называемые перекидные ключи S1…S4, каждый из которых в одном из состояний подключен к общей точке, поэтому напряжения на ключах невелики. Ключ S5 замкнут только тогда, когда все ключи S1…S4 подключены к общей точке. Тогда напряжение относительно общей точки в каждой следующей из точек «а»…«d» в 2 раза больше, чем в предыдущей. К примеру, напряжение в точке «b» в 2 раза больше, чем в точке «а» (напряжение U_a, U_b, U_c и U_d в указанных точках определяются следующим образом: U_d=U₀; U_c=U₀/2; U_d=U₀/4; U_a=U₀/8). Допустим, что состояние указанных ключей изменилось. Тогда напряжения в точках «а»…«d» не изменится, так как напряжение между входами операционного усилителя практически нулевое.

На рис. 18.7 приведена схема ЦАП для преобразования двоично-десятичных чисел.

Рис. 18.7. ЦАП для преобразования двоично-десятичных чисел

Для представления каждого разряда десятичного числа используется отдельная матрица R - 2R (обозначены прямоугольниками). Z₀…Z₃ обозначают числа, определенные состоянием ключей каждой матрицы R – 2R. Принцип действия становится понятным, если учесть, что сопротивление каждой матрицы равно R. На выходе ЦАП получим .

Устройства выборки и хранения (УВХ) или, что то же самое, аналоговые запоминающие устройства (АЗУ) предназначены для запоминания и временного хранения уровней аналоговых сигналов (обычно напряжения). Очень часто УВХ используются для уменьшения погрешности в выходном коде аналого-цифрового преобразователя, связанной с неопределенностью значения входного сигнала в течение времени преобразования при очень быстром его изменении. УВХ нужны также для многоканальных систем сбора данных, где они обеспечивают хранение отсчета для выполнения преобразования по одному каналу, в то время как мультиплексор переключается на другой канал. Они иногда используются для фиксации импульсных помех во входном сигнале или в тех случаях, когда нужно выполнить отсчеты значений двух или большего числа сигналов в один и тот же момент времени (одновременная выборка).

Устройство выборки и хранения в электронике — схема, запоминающая напряжение на входе в определённый момент времени. Является компонентом большинства аналого-цифровых преобразователей.

Упрощённая схема устройства выборки и хранения. AI - аналоговый вход, AO - аналоговый выход, C - вход управления

Устройство выборки и хранения имеет аналоговый вход, аналоговый выход и цифровой управляющий вход. Запоминающим элементом в устройстве выборки и хранения является конденсатор. Для его включения и отключения от входной цепи используется электронный ключ. Для обеспечения высокого входного и низкого выходного сопротивления используются усилители.

Алгоритм работы

Устройство выборки и хранения может работать в одном из двух режимов, в зависимости от напряжения на управляющем входе:

режим слежения

режим хранения

В режиме слежения выходной сигнал устройства выборки и хранения совпадает со входным. В режиме хранения напряжение на выходе устройства постоянно и равно напряжению на входе устройства в момент его переключения в режим хранения.

Иногда различают устройство выборки и хранения) и устройство слежения и хранения Единственная разница между ними заключается в способе применения: в первом случае ключ замыкается на минимальное время, достаточное для зарядки конденсатора; во втором случае ключ замкнут на протяжении довольно длительного времени.

11)

Двухтактные усилители мощности

Усилителем мощности называют усилитель, предназначенный для обеспечения заданной мощности нагрузки Р_н при заданном сопротивлении нагрузки R_н. Усилитель мощности является примером устройства силовой электроники. Основная цель таких устройств состоит в том, чтобы отдать нагрузке заданную мощность.

Уровень нелинейных искажений и КПД усилителя мощности существенно зависят от начального режима работы, причем нелинейные искажения обусловливаются нелинейностью не только входных, но и выходных характеристик транзисторов, так как они работают в режиме большого сигнала. Минимально возможный уровень нелинейных искажений можно обеспечить в режиме класса А, а максимально возможный КПД – в режиме классов В или АВ.

Усилители мощности бывают однотактные и двухтактные, причем первые работают в режиме класса А, а вторые – в режиме классов В или АВ.

Рассмотрим двухтактный усилитель мощности (рис. 11.7). Транзисторы могут быть включены по схеме либо с ОЭ (рис. 11.7,а), либо с ОБ (рис. 11.7,б).

Обе схемы могут работать в режиме класса В (резисторы R₁ и R₂ обеспечивают соответствующий начальный режим работы транзисторов).

Двухтактный усилитель можно рассматривать как две независимые схемы, работающие поочередно, каждая в течение полупериода входного сигнала (рис. 11.8).

Средний ток (постоянная составляющая) каждого из транзисторов с учетом обратного тока I_к0

.

Коэффициент полезного действия двухтактного усилителя мощности класса В

.

Рис. 11.7. Двухтактный усилитель мощности

Рис. 11.8. Временные диаграммы двухтактного усилителя класса В

Для идеального усилителя U_кт = Е_к, I_кт = I₁, η_тр = 1, а следовательно, теоретический КПД . Реальный же КПД составляет 0,6÷0,7.